[发明专利]超小型垂直腔表面发射激光器（VCSEL）阵列的光束整形

说明书

一种激光器阵列包括多个激光二极管，所述多个激光二极管布置在非本征衬底的表面上并彼此电连接。所述多个激光二极管的相应激光二极管在所述非本征衬底的所述表面上相对于彼此具有不同取向。所述相应激光二极管被配置为提供不同方向上的相干光发射，并且所述激光器阵列被配置为发射包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的非相干输出光束。所述输出光束可以包括在所述激光器阵列的视场上具有不均匀强度分布的非相干光。还讨论了相关的器件和制造方法。

本申请是申请日为2018年04月12日且题为“超小型垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列的光束整形”的国际申请PCT/US2018/027298所对应的中国国家申请(申请号：201880036100.6，进入中国国家阶段日期：2019年11月29日)的分案申请。

优先权要求

本申请要求于2017年4月12日向美国专利商标局提交的题为“LIGHT DETECTIONAND RANGING(LIDAR)DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME”的美国临时专利申请No.62/484,701以及于2018年1月5日向美国专利商标局提交的题为“ULTRA-SMALLVERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER(VCSEL)AND ARRAYS INCORPORATING THESAME”的美国临时专利申请No.62/613,985的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及基于半导体的激光器以及相关器件和操作方法。

背景技术

诸如物联网(IoT)和自主导航的许多新兴技术可以涉及在三维(3D)空间中检测和测量到物体的距离。例如，能够自动驾驶的汽车可能需要3D检测和识别以进行基本操作，并满足安全要求。室内导航也可能需要3D检测和识别，例如通过工业或家用机器人或玩具。

在一些情况下，基于光的3D测量可以优于雷达(角度精度低、笨重)或超声波(精度非常低)。例如，基于光的3D传感器系统可以包括检测器(比如，光电二极管或相机)和发光器件(比如，发光二极管(LED)或激光二极管)作为通常发射可见波长范围以外的光的光源。垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是可以在基于光的传感器中用于在3D空间中测量距离和速度的发光器件的一种类型。VCSEL阵列可以允许功率缩放，并且可以以较高功率密度来提供非常短的脉冲。

发明内容

本文中描述的一些实施例针对激光二极管和包括激光二极管的阵列，激光二极管比如是VCSEL或其他表面发射激光二极管或边缘发射激光二极管或其他半导体激光器。

在一些实施例中，激光二极管可以是表面发射激光二极管。激光二极管包括半导体结构，该半导体结构包括n型层、有源区(其可以包括至少一个量子阱层)和p型层。n型层和p型层中的一个层在其上包括激光孔，该激光孔定义了被定向为垂直于n型层与p型层之间的有源区的表面的光轴。激光二极管还包括分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。第一接触和/或第二接触在至少一个维度上小于激光孔。

在一些实施例中，激光二极管可以是边缘发射激光二极管。激光二极管包括n型层、有源区、p型层、以及分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。激光孔定义了被定向为平行于n型层与p型层之间的有源区的表面的光轴。激光二极管还包括分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。第一接触和/或第二接触可以在至少一个维度上小于激光孔。

在一些实施例中，提供了一种制造诸如VCSEL或其他表面发射激光二极管或边缘发射激光二极管的激光二极管的方法。该方法可以包括：使用例如微转印、静电粘合/或其他质量转移技术来制造离散激光二极管的阵列。